LNG推進系プロジェクトに対する提言

資料 2-1-4
LNG小委員会用資料
LNG推進系プロジェクトに対する提言
平成 1 8 年1 0 月1 3 日
L N G 推進系飛行実証プロジェクト評価小委員会
委員初l 次亘弘
G X ロケットの方向
LOX/LNG推
進剤は、LOX/ケロシンには及ばないもののLOX/LH2よりも比重が大
きいことから、打上回ケットの初段に適しており、また、LNGは LH2に比較すると宇宙での
貯蔵性にも優れていることから軌道問輸送機 (OTV)にも適している。更に、LNGは LH2よ
りも安価であり、ケロシンより低公害であることからLOX/LNG推
進系は将来有望である
と思われる。
LNG推進系ブロジェクトに対する考え方
(1)打上ビジネスとして捉えた場合、コストが安く、信頼性が高いことが優先され、性能は
重要ではない。
既存のロケットの打上コスト(次ベージ参照)に比較して、GXロケットの打上コスト
が十分に低ければ、性能が低くとも打上ビジネスに供せる可能性がある。
開発当初は、このような方向性を目指していたのではないか。
(2)将来の価値を目指した技術開発として捉えた場合、打上ロケットの初段あるいは軌道
問輸送機 (Oい7)の推進系に活かされる基盤技術 (ターボポンブ、再生冷却燃焼器
等 )の構築に資することが重要である。
韓国のLNG/とOXエンジン (CHASE-10)は、このような方向性の素地を有している。
現状のGXロケットのLNG推進系には、将来に発展すべき基盤技術が乏しい。
現状のGXロケットの開発では、その方向性が暖味になつてきたように思われる。
G X ロケットの方向
LOX/LNG推
進剤は、LOX/ケロシンには及ばないもののLOX/LH2よりも比重が大
きいことから、打上回ケットの初段に適しており、また、LNGは LH2に比較すると宇宙での
貯蔵性にも優れていることから軌道問輸送機 (OTV)にも適している。更に、LNGは LH2よ
りも安価であり、ケロシンより低公害であることからLOX/LNG推
進系は将来有望である
と思われる。
LNG推進系ブロジェクトに対する考え方
(1)打上ビジネスとして捉えた場合、コストが安く、信頼性が高いことが優先され、性能は
重要ではない。
既存のロケットの打上コスト(次ベージ参照)に比較して、GXロケットの打上コスト
が十分に低ければ、性能が低くとも打上ビジネスに供せる可能性がある。
開発当初は、このような方向性を目指していたのではないか。
(2)将来の価値を目指した技術開発として捉えた場合、打上ロケットの初段あるいは軌道
問輸送機 (Oい7)の推進系に活かされる基盤技術 (ターボポンブ、再生冷却燃焼器
等 )の構築に資することが重要である。
韓国のLNG/とOXエンジン (CHASE-10)は、このような方向性の素地を有している。
現状のGXロケットのLNG推進系には、将来に発展すべき基盤技術が乏しい。
現状のGXロケットの開発では、その方向性が暖味になつてきたように思われる。
低軌道への打上コスト
20
-
ベガ
●υ
トーラス
デルタ4
コスモス
０
唇や
［
ら邑里＝﹁焦
アテナ
レタ2
デツ
アトラス5
アリアン5 G
ロコット
H― IA
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ブロトンK
０
︱﹂０
10
低軌道打上能力 [ t o n ]
3
15
20
韓国の LNG/LOXエンジン (OHASE-10)について
(1)一軸構造のターボポンブ、再生冷却燃焼三を有するガスジェネレーターサイクルを採用しており、推力
は 10トン級で、燃焼室圧力は約 7 MPaであり、エンジンの目標重量は 1 64kg(推重比 :約60)であるこ
とから、侮りがたいエシジンである。
(211998年から、エンジンを構成する主要なコンポーネントであるターボボンブ、ガスジェネレーター、燃
焼器の単体試験を行い、かなりの速度で開発を進め、2006年にはこれらを組み合わせてエシジンシ
ステムにして、短秒時 (10秒程度)の試験を実施している。公開されたビデオから燃焼終 7時の後燃
えなどシーケンスに改善の余地はあるが、エンジンやコンボーネントの緒元などをみるとエシジンシステ
ムとしての最適化が図られており、長秒時試験も可能な状況である。
(3)現段階では、8BMレベルであり、フライトエンジン/推進系にまとめるには少なくとも数年はかかると
思われる。
(4)エシジン試験の状況からは、燃焼終了後もターボボンプは数秒間20 000RPM以
上で回転しており、
かつ後燃え状況はひどく、推進英弁の開上後に予冷弁を開いていないようで無負荷運転ではない
か ? 燃焼室とノズル冷却液排出終了までに時間を要していることからパージが不十分である可能性
ある。従つて、システムとしての完成度は今一歩の感がある。
(5)比推力が低い (321秒 )のにも疑問が残る。HATS試験が実施できるまでには、総合的に仕上げてい
く余地がある。
(6)ロシアの支援があるものと思われる。ターボポンブはロシア(THE KEと
DYSH Research Center h
Moscow)、燃焼器は韓国の合作に思えるが、システムマッテングやハードの供給体制の確保は未知
である。
参考文献〔Kyoun,Ho Klm and Dao―
Sung」 u CSSPACE I内
10tf THRUST uSiNO tox&LNO(Methane)" AIAA2006-4907。
0 “ DEVELOPMENT OFlCHASE-10' LJQUlD ROCKET ENOINE HAVING
韓国における L N G / L O X ( M e t h a n e / L O X ) エ
ンジン開発に関する文献
(1/3)
H o K i m D a eS一u n g 」u ( C & S P A C E I n c ) h D E V E L O P M E N T O F C H A S E - 1 0 L [ Q U I D R O C K E T E N G ! N E
(1)Kyoung―
H A V i N G 1 0 t F T H R t J S T U NS G〕 L O X & L N G ( M e t h a n e ) I A l A A 2 0 0 6 - 4 9 0 7
概要￨エンジン緒元、概観および主な試験結果を参考資料に示した。1998年から、エンジンを構成する主要な
コンボーネントであるターボボンブ、ガスジェネレーター、燃焼器の単体試験を行い、かなりの速度で開発
を進め、2006年にはこれらを組み合わせたエンジンシステムとして短秒時 (10秒程度)の試験を実施し
ている。公開されたビデオからカットオフ時の後燃えなどシーケンスの改善の余地があるが、エンジン絡
元、コンボーネント結元などをみるとエンジンシステムとしての最適化は図られており、長秒時試験も可能
な状況である。ロシアの支援があるものと思われる。(詳細は参考資料参照)
(2)H」 Kim、K J Lee、
日SCho andWSSe。 ,(Korea Aerospace Research instiute)Ⅲ
An Exper mental Study
on AcOustic Damping Enhancement by The Gap of Baf‖
ed lnjectorsi AIAA2005-44
46。
概要 : スピーカーを使用した音響試験により、バルフルの効果について解析と試験データーから、バルフル高さや
インジェクター間とのギヤップを六ラメータにしてダンビング効果の大きい組み合わせを調査しているD
Seonghyeon Seo,Joo一Young Song Yeoung―Min Han Hwan―Seok ChOi and rrtoo一
(3)Kwang―」in Lee、
Seok Seol
(Korea Aerospace Rescarch inst tute)“
CombustOn Stab ty of Doub e Switt Coax a ldectors us ng
Simu ant PrOpe ants" AIAA2005-4440。
概要 i フルスケールインジェクター( L O X I ケロシンあるいはメタン、プロバン) を用いて同軸エレメント内で両推進
実ともスワールをかけ、モデル ( 5 エレメント) にて混合のメカニズムが燃焼安定性 ( 特に l T ) に及ぼす影
響を調査している。酸嘉ポストのリセス距離についてもバラメータにして調査している。
(4)H」 NamkounglP G Hani K H Kim andChongam Kirr,(Rotem Company and Seou NatOna Un versty)
HAnalysis on nozzle plume and pclformance of the engine using Llqtref cd Natura1 0as as a FuelⅢ
AIAA
―
2004-4144。
概要 i 液体メタンの成分構成、内容量が特性排気速度や燃焼温度に及ばす影響について、C F D 結果と実際の
温度測定値や赤外線カメラの観察結果と比較している。9 0 % 以上のメタン含有畳が必要である提言し
ている。
韓国におけるL N G / L O X ( M e t h a n e / L O X ) エ
ンジン開発に関する文献
(2/3)
( 5 ) S u n T a k K w o n i C h a n t t n L e e a ea ―
nVdV」
oO Lee(KOnkukじ
n v e r s t yD)E“
V E L O P M E N T O F F u e l R にh G a s
Generator for 1 0 tonf L qu d Rocket Engnet AIAA2004-3363.
概要司 O t o n ケロシンエンジンの燃料過剰 G G に関して、ィンビンジング型について、衝突距離や運動量比
などを
試験データ( ケロシンと水を使用 ) をもとに選択し、解析ともよく一致したことを報告している。また、実燃焼
試験にて撹拌スリングが温度の均一化に効果があつたことも報告している。
( 6 ) Y H― C h o a n d H S C h a n g ( R O t e r n C o m p aHnoyt) ｀
F r n g T e s t s qouf とd R O c k e t E n g n e u s n g NLGO"XAIIと
AA2
004-3528。
概要 ! 燃焼圧および混合比を六ラメータこして、2 1 0 t 級の水冷却メタシエンジンの燃焼試験
を実施し、衝突型
噴射機器に比較して、同軸型ではC * 効率およびI S P 効率は、いずれも数 % 上昇することを示している
。
(7)P G HanH」 NamkOung“K H Kin and Y B YoOn,(Rotcm Company and Seoul Nat Onal Un vers ty),“ A Study On
the Coohng Mechan sm n L qtld Rocket Eng ne"AIAA2004-36フ
23
モ
ロ
ー
L
O
X
/
ケ
概要
シンについて、1 0 t スラスト級の再生冷却、フィルムクリングに関する解析を実施し、にフイ
特、
ルムクーリングの効果についての諸特性の評価を詳細に述べている。
(8)P G HanS Wと eeK H Kim and B Y00n(Rotem Company and Seoul Nat onal Un verstty)“
Performance
Analysis Of the Thrust Chanlberin Liqtlid ROcket Engine using Liquef ed Natural Gas as a Fue tt AIAA20
04-3860。
概要 12tf 9 5tfの2種の推力について、54回のメタン/液酸エンジン燃焼試験を実施し、その結か
果ら、燃料温
度、燃焼圧力、膨張比が特性排気速度や比権力におよばす影響を調査している。また、メタン純の
度影
響も詳細に調査している。
(9)yong―Hoon Lee and 」 S ParkJ M Lec and S H Kang(Roterr Company and Seoul Nat onal Univcrs ty)Ⅲ
A
St」
d y o n C a v t a t o n l n t c r a c t O n b c t w e e n l n ed ru c ne r T ua rn bd O pl ur mnAppIⅢ
eA‖A 2 0 0 4 - 4 0 2 6 。
概要 i 一軸式メタン1 液酸ターボポンブを対象にして、水を用いてインデュサーとィンベラの流れの
場干渉について
可視化を含む実験的および解析的評価をしている。吸い込み性能は設計流量で最
良なことやキャビテー
ションが低圧、低流量で発生した場合、ボンブヘッドが直前に上昇することなど
を詳細に観察している。
韓国におけるLNG/LOX(Methane/LOX)エ
ンジン開発に関する文献
(3/3)
(10)Young Ho LEE(李
英治)、「
液体推進国ケットエンジン用高圧ターボボンプの開発」、ターボ機械、第 3
3巻、第 9号、2005年 9月
韓国流体機械工業会発行の流体機械ジャーナル第7巻第 3号 (2004年6月 )の特集記事「
ターボボンブ
分野研究動向」からLee Kyoung HoOn K m Kyung―Ho wooYu Cheo著の「
液体推進国ケット用ターボ
ポンプの開発」
を翻訳したものである。
概要 i 韓国の衛星打上げ用液体推進国ケットに用いる高圧ターボボンプの研究開発の状況が解説された論
文である。燃料には液体メタン、強化剤には液体酸宗を用いており、1 9 9 9 年から2 年間の基礎研究お
よび3 年間の開発研究を行い、ターボポンブシステムを製作し、試験を行つている。主たる研究開発機
関は ( 株) ロテムで、韓国航空宇自研究院、韓国科学技術研究院、韓国位階研究院等の国の研究機関
とハンドルポップ、B M 金属、ビツロテク等の民間企業およびソウル大学が共同参回している。核心の
基盤技術はロシアのK e R C ( K t t d y s h R e s e a r c h C e nの国
t e r際協力で確保し
)と
ているが、国産化してい
ー
る。高圧タボホンブに必要な基盤技術について系統的に詳細な研究がなされている。このターボポ
ンブんミ
C H A S E ■ 0 エンジンに用いられている。
0考と料
対人や 00中 907(g。 )
DEヽ ELO,卜 lEヽ■ ()“ ぐ HASE 10 L[QLJO R【
)(ヽ L,Eヽ Ciヽ E
Ⅲ ヽヽ■NC iO(f Tll Rrs「〔￨、lN( ￨て,、こし、C(ヽ【でthコ】
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ヽ、ouコ、 :【oヽ n｀ 0どドヽⅢⅢ,1ロ
「ヽヽ〕Art lnt t(ゝ
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